胫骨远端骨折有限元模型的建立及稳定性分析

BACKGROUND: Traditional studies on foot and ankle biomechanics have limitation. Ankle joint was complicated and had big range of motion, so it is difficult to establish finite element models and to analyze the type of fracture.     

股骨近端防旋髓内钉修复股骨转子间骨折的数字化三维测量及设计

BACKGROUND: For the department of orthopedics, digital technology can be used for a three-dimensional reconstruction of the fracture site, and visual virtual reset. This not only can preoperatively plan the operation path, make reasonable operation plan, but also can predict the prognosis after surgery.     

临床骨科中应用的有限元分析法：新理论与新进展

BACKGROUND: The limitations of computer technology in the study of bone biomechanics and the prediction of bone fixation strength, stability, fatigue damage and life expectancy are more difficult.     

基于贝叶斯决策的髋关节自动分割方法

背景:基于CT图像的髋关节分割技术已广泛应用于计算机辅助手术规划、假体设计和有限元分析。目的:探讨基于贝叶斯决策的髋关节自动分割方法在计算机辅助髋关节手术中的应用效果。方法:针对髋关节序列CT图像中骨骼近端分割精度低,计算复杂度高,自动化程度低等问题,提出了一种自动分割算法,通过对比度增强、阈值分割和区域增长等算法提取股骨的初步轮廓,再根据贝叶斯决策论对股骨边缘进行再次分割。结果与结论:基于贝叶斯决策的髋关节自动分割方法计算速度快,鲁棒性高,分割准确,在计算机辅助髋关节手术及假体设计等方面具有一定的实用价值。     

人工髋关节活体有限元建模及力学分析

背景：有限元分析最为广泛地应用于人工髋关节置换的研究,能够反映人工髋关节置换前后的应力分布情况。 目的：通过CT扫描图像建立人工髋关节置换后的三维有限元模型,分析假体和股骨的力学分布,提供研究活体内假体的评估方法。 方法：选非水泥型人工髋关节假体置换后患者1例,64排CT扫描髋关节,通过三维建模软件建立三维有限元模型,加载载荷1 500 N,分析假体和股骨的应力分布,并与体外建模和正常股骨有限元模型比较。 结果与结论：应用患者人工髋关节置换后CT扫描图像建立的三维有限元模型,加载后应力主要分布在股骨干上端1/3处,在股骨假体柄颈结合处,假体外侧,假体的远端与股骨接触处,是假体置换后应力在体内传递的真实反映。结果说明活体髋关节建模优于体外建模,不改变假体在体内的位置,人工髋关节活体建模是假体评估新方法。     

钢板前置位及上置位固定锁骨骨折的有限元分析

BACKGROUND: Many scholars researched the biomechanics of middle clavicle fracture plate fixation, but little researched the plate position.     

胫骨近端骨折三维重建复位及数字钢板设计

背景：CT重建骨折三维模型不能进行虚拟复位、内固定,不能制定合理的修复方案,无法完全满足临床骨科医师的需要。 目的：探讨应用软件在胫骨近端骨折中进行三维重建、复位并设计数字钢板的方法。 方法：按照AO分类标准,将9具膝关节标本制作成胫骨近端A1-3、B1-3、C1-3类型骨折模型,进行高速CT薄层扫描,在Mimics中对9种类型的骨折模型进行重建、复位,以Solidworks进行内固定钢板、螺钉的设计,并在骨折复位三维模型上进行虚拟内固定。 结果与结论：9种类型骨折均进行了三维重建、复位,完成内固定钢板及螺钉设计以及虚拟内固定,并以A3、B3、C3类型演示。提示应用Mimics及Solidworks可在个人电脑上设计出胫骨近端骨折数字钢板,可为现实修复手术提供参考。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程     

基于MRI建立膝关节前交叉韧带三维数字化模型

背景：近年来有关膝关节前交叉韧带三维数字化模型的研究在国外发展迅速,但在国内,未见对包括全膝关节及前交叉韧带在内的三维数字化模型进行基础解剖研究的报道。 目的：评估运用MRI二维图像及MIMICS软件建立膝关节及前交叉韧带三维数字化模型的真实性及可靠性。 方法：选择20例新鲜成人尸体正常膝关节标本,利用MRI对标本进行二维扫描,获得层厚为1.0 mm的连续图像资料,将该资料以DICOM格式导入计算机并利用MIMICS软件进行三维重建,建立包括股骨远端、胫骨近端、前交叉韧带、半月板、髌骨及腓骨等在内的双膝关节三维实体数字化模型,利用测量软件测量相关指标;同时对尸体标本进行解剖并测量膝关节前交叉韧带的相关参数,与模型所测指标行配对比较。 结果与结论：尸体标本测量数据与三维实体数字化模型测量数据的结果差异均无显著性意义(P > 0.05)。提示利用MRI采集获得的人体膝关节及前叉韧带图像数据可以建立较为真实可靠的膝关节及前交叉韧带三维实体数字化模型。     

数字化影像导航模块辅助儿童胸椎椎弓根螺钉置入的准确及安全性

背景:椎弓根螺钉内固定已在儿童胸椎损伤中得到应用,常规方法更多的以徒手置钉为主,该方法虽然能满足手术需要,但是精度较低,并发症发生率较高,使得数字化影像导航辅助模块的运用成为可能。目的:探讨数字化影像导航模块辅助儿童胸椎椎弓根螺钉置入的准确性及安全性。方法:8具胸椎尸体标本采用随机数字方法分为徒手置入组和数字化影像导航辅助模块组,每组4具。徒手置入组行徒手置钉,数字化影像导航辅助模块组根据CT扫描结果结合逆向工程原理以及快速成型理论制作影像导航辅助模块,利用数字化影像导航辅助模块置入椎弓根螺钉。结果与结论:(1)数字化影像导航辅助模块组一次置钉成功率显著高于徒手置入组(P<0.05);(2)数字化影像导航辅助模块组和徒手置入组均分别植入28枚螺钉,数字化影像导航辅助模块组置钉优良率为96%,显著高于徒手置入组的75%(P<0.05);(3)结果表明,采用数字化影像导航模块,能够有效的提高椎弓根螺钉置入成功率,并且该方法操作相对简单,易于掌握,能够根据每一位患儿情况制定个性化置钉方案。     

钽金属棒置入修复股骨头坏死的三维有限元分析

BACKGROUND: Core decompression and tantalum rod implantation after core decompression are common methods to repair early and middle stages of necrosis of femoral head, can effectively control and even reverse the progress of necrosis of the femoral head. Comparison of mechanical support and curative effect of femoral head after operation deserves further investigation. OBJECTIVE: To explore the effect of core decompression on mechanical pulp femoral head support by using the finite element analysis and the advantages of tantalum implant treatment in the repair of avascular necrosis of the femoral head.  METHODS: The right femur of healthy adults was chosen as the research object, and CT scanning was conducted to get the images of cross-sections. The images were then inputted into computer to get contour of femur and rebuild three-dimensional model. Distal end of femur was completely fixed, the angle of the top of femoral head and the femoral shaft was 25°, and 570 N pressure on the femoral head was applied according to the three-dimensional space distribution of femur force under physiological state. Three-dimensional finite element models were calculated to get the collapse values in different necrotic areas of the femoral head before and after different repair methods. RESULTS AND CONCLUSION: After core decompression, collapse values were apparently increased, especially in the weight-bearing area. With increased range of necrosis, collapse values also increased. After core decompression, collapse values decreased obviously after porous tantalum rod implantation. Although core decompression could remove dead bone, decompression itself further reduced the mechanical properties of the femoral head and changed the original femoral head support. On the basis of core decompression, porous tantalum rod provided safe and effective mechanical support for femoral head and subchondral bone plate, could effectively prevent collapse and provide conditions for the restoration of bone tissue.      

膝关节形态学测量在人工膝关节置换领域的价值及意义

背景：对人工膝关节假体形态尺寸进行观察及测量,并对相关测量统计数据进行人工膝关节形态设计,有利于促进膝关节假体植入后的稳定性和组织相容性。 目的：结合文献探讨形态学测量在临床上膝关节置换中的重要性。 方法：以 “膝关节;假体;测量;设计;置换”为中文关键词,以“artificial knee joint; prosthesis;measure;design;replacement” 为英文关键词。采用计算机检索1998-01/2011-12有关人工膝关节假体设计、测量及膝关节假体植入后相容性的文章。 结果与结论：膝关节的形态学测量即膝关节的三维有限元模型、相关参数及角度、生物力学研究与膝关节假体选择及设计有着重要相关性。膝关节的形态测量有二维和三维测量,以三维测量法精确。膝关节线性尺寸之间、身高与线性尺寸之间均有很好的相关性,所测量的数据在临床上均有应用意义。典型的膝关节三维解剖模型,能为膝关节参数的测量提供一种可靠的方法,提高手术的成功。     

应用逆向工程技术测量人膝关节内外侧间室间隙和体积

背景：膝关节是人体骨骼中形态及结构最为复杂的部分,临床上常使用X射线片反映膝关节间隙狭窄程度。但X射线片是将三维的关节结构进行二维投射,因此关节拍摄定位的不同会影响测量结果,很难保证重复测量的准确性。 目的：建立膝关节间隙三维模型并测量其距离和体积,为后续的模型、生物力学及相关临床研究提供基础。 方法：基于逆向工程原理,采用膝关节CT断层图像,使用Mimics进行膝关节和内侧间室三维结构重建,最后导入Geomagic Studio对模型进行光滑处理并计算膝关节内、外侧间室体积。 结果与结论：利用膝关节CT断层图像分别重建出膝关节三维模型的骨性结构如股骨、胫骨、腓骨,并成功构建出膝关节间隙模型。构建的膝关节三维模型和间隙模型可以任意角度或单独观察,并可以进行体视学测量。发现膝关节内外侧间隙虽然距离有差异,但体积接近,说明通过计算膝关节内、外间室的体积,可以全面的反映膝关节间隙的狭窄程度。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程     

膝关节半月板和冠状韧带的解剖学研究及其临床意义

目的：解剖观察膝关节冠状韧带的结构特点,为解除半月板滑动障碍松解膝冠状韧带提供解剖学基础.方法：解剖观察成尸膝关节标本32侧,观测胫骨髁与半月板及膝冠状韧带的形态、长宽和厚度.结果：（1）外侧半月板向前滑动（5.6±1.3）mm,向后滑动（8.7±1.7）mm;内侧半月板向前滑动（5.5±1.4）mm,向后滑动（7.4±1.8）mm.（2）外侧膝冠状韧带周长（87.2±9.6）mm,上下宽（15.4±3.0）mm,韧带厚（0.9±0.3）mm.（3）内侧膝冠状韧带周长（91.9±7.9）mm,上下宽（15.9±3.2）mm,韧带厚（0.8±0.2）mm.（4）外侧膝冠状韧带前外侧微创进刀点,在膝关节外侧中点向前（26.4±3.7）mm范围内,膝关节前正中点向外（20.2±5.8）mm范围内不宜进刀,两者之间为前外侧进刀点.（5）内侧膝冠状韧带前内侧微创进刀点,在膝关节内侧中点处宽（7.0±2.0）mm范围内不宜进刀,由此处向前至髌韧带间为前内侧进刀点.另在膝关节内侧中点之后（29.1±4.5）mm,与半膜肌、半腱肌腱止点间为后内侧微创进刀点.结论：膝冠状韧带位于半月板外周缘连于胫骨内、外侧髁外周缘,从膝关节上述三个点进刀是微创切断松解膝冠状韧带的理想部位.     

轻度与重度骨关节炎膝关节的生物力学行为比较

目的 对比研究轻度与重度膝骨关节炎(knee osteoarthritis, KOA)膝关节的生物力学行为,阐述KOA进展的生物力学机制。方法 分别构建同一患者左侧轻度KOA(KL分级Ⅰ级)与右侧重度KOA(KL分级Ⅳ级)膝关节有限元模型。在材料属性、边界条件、载荷等设定相同的情况下进行有限元分析,比较轻度与重度KOA膝关节半月板、股骨软骨、胫骨软骨的接触面积、接触压及von Mises应力的变化特征。结果 重度KOA膝关节总接触面积和外侧室接触面积大于轻度KOA膝关节,而内侧间室接触面积小于轻度KOA膝关节。重度KOA膝关节半月板、股骨软骨和胫骨软骨上的接触压及von Mises应力峰值均大于轻度KOA膝关节;双膝关节外侧半月板上接触压及von Mises应力峰值均大于内侧半月板,双膝关节股骨软骨与胫骨软骨内侧间室接触压及von Mises应力峰值均大于外侧间室。结论 重度KOA膝关节应力分布不同于轻度KOA,接触面积、接触压和von Mises应力峰值的变化与半月板脱位、软骨缺损等因素相关,生物力学行为和解剖结构的改变促进了KOA进展。     

正常膝关节和人工膝关节髌股关节高屈曲运动特性及其比较分析

目的　分析人体正常膝关节和人工膝关节高屈曲活动下髌股关节的运动, 为膝关节髌股关节运动特性研究提供参考。 方法　建立包括膝关节骨组织和主要软组织在内的正常膝关节以及人工膝关节的动态有限元模型,采用三束股四头肌肌力非同步变力加载的方式,对膝关节下蹲运动中髌股关节的运动特性进行研究,并与相关研究结果进行对比分析。 结果　通过有限元分析,获得高屈曲膝关节三维运动的相对运动参数。髌股关节在位移和旋转均呈现出相同的运动趋势,同时,存在局部的差异,在低屈曲时, 人工髌股关节表现出先外倾后内倾的运动趋势,而正常髌股关节表现出持续内倾的运动特性。 结论　通过仿真和对比分析,人体髌股关节的运动数据总体趋势近似,同时存在差异。 对于正常膝关节,差异的原因主要在于髌骨运动各个方向上和不同屈曲度时的约束程度的改变;对于人工膝关节,差异主要来源于膝关节型面和结构的改变,以及坐标系定义、在体和离体差异、负荷加载差异。     

人体膝关节有限元动力学分析模型的建立与验证

根据乘员碰撞事故中人体膝关节的生物力学响应特性,应用有限元(FE)方法和碰撞模拟技术,构建了一个人体膝关节模型。模型按人体解剖学结构构建,由股骨内、外侧髁,胫骨内、外侧髁,腓骨小头、髌骨、软骨、半月板以及主要韧带构成。通过比较模型仿真和尸体碰撞实验在轴向载荷条件下膝关节受刚性碰撞的响应结果,验证了模型的有效性。该模型为研究人体膝关节损伤机理提供了可靠的基础数据,并可应用于乘员损伤防护装置的设计和开发。     

从生物力学角度评价单髁置换术与腓骨截骨术

膝关节单间室骨性关节炎引起的膝内翻是常见病症之一,目前手术方法主要有胫骨高位截骨术、单髁置换术以及最新推广的腓骨截骨术。单髁置换术自开展以来已有60余年历史,相比全膝关节置换术具有可保留膝关节正常运动、手术创伤小、保留骨量多以及术后关节活动度大等优点,故单髁置换术已成为治疗内侧间室骨关节炎一种可靠的治疗方式。腓骨截骨术是一种治疗膝内翻的新治疗手段,具有手术简单、费用低、恢复快等优点,目前正在被大力推广,但其治病机制尚不很清楚。综述单髁置换和腓骨截骨两种临床手术方式,并从生物力学角度推论腓骨截骨术治疗内侧间室骨性关节炎的可能机制,提出腓骨截骨术后外侧收缩肌力下降导致关节合力矩再平衡,故关节接触位置改变、关节接触力下降可能是腓骨截骨术能够缓解疼痛治疗骨性关节炎的原因。     

从生物力学角度评价单髁置换术与腓骨截骨术

膝关节单间室骨性关节炎引起的膝内翻是常见病症之一，目前手术方法主要有胫骨高位截骨术、单髁置换术以及最新推广的腓骨截骨术。单髁置换术自开展以来已有60余年历史，相比全膝关节置换术具有可保留膝关节正常运动、手术创伤小、保留骨量多以及术后关节活动度大等优点，故单髁置换术已成为治疗内侧间室骨关节炎一种可靠的治疗方式。腓骨截骨术是一种治疗膝内翻的新治疗手段，具有手术简单、费用低、恢复快等优点，目前正在被大力推广，但其治病机制尚不很清楚。综述单髁置换和腓骨截骨两种临床手术方式，并从生物力学角度推论腓骨截骨术治疗内侧间室骨性关节炎的可能机制，提出腓骨截骨术后外侧收缩肌力下降导致关节合力矩再平衡，故关节接触位置改变、关节接触力下降可能是腓骨截骨术能够缓解疼痛治疗骨性关节炎的原因。     

女子曲棍球运动员膝关节屈伸肌群等速测试与分析

背景：等速测试系统已广泛应用来评价不同项目运动员关节肌群的力量特征。 目的：测试广东省女子曲棍球运动员的膝关节进行等速向心,观察曲棍球项目运动员膝关节屈伸肌群的等速向心测试力量特征。 方法：运用CON-TREX等速测试系统对广东省14名现役女子曲棍球运动员的膝关节进行等速向心测试。检测指标为相对峰力矩、关节肌群屈伸肌峰力矩比值、平均功率、总功和疲劳指数。 结果与结论：在60 (°/s)慢速测试时,女子曲棍球队员的两侧膝关节肌群相对峰力矩值表现为伸肌大于屈肌(P < 0.01);左膝关节屈伸肌峰力矩比值在3种不同测试速度下的范围为66%~77%,右膝关节屈伸肌峰力矩比值为82%~88%;左膝关节伸肌平均功率值均大于屈肌(P < 0.01);左右膝关节伸肌的总功值均大于屈肌(P < 0.01);膝关节屈伸肌疲劳指数范围在0.24~0.48之间。膝关节伸肌的最大力量大于屈肌,屈伸肌峰力矩比值在240 (°/s)快速测试时略微偏低,而右膝关节屈伸肌峰力矩比值在慢速测试时偏高,说明女子曲棍球队员左膝关节屈肌快速力量偏低,右膝关节伸肌最大力量比较低,伸肌的快速力量大于屈肌,伸肌的工作能力强于屈肌,屈伸肌的力量耐力水平比较低。     

膝骨性关节炎关节周围肌肉功能改善的治疗评价

背景：膝骨性关节炎患者存在膝关节周围肌肉萎软无力,综合治疗辅助膝关节周围肌力训练,可以明显缓解症状,恢复膝关节周围肌肉力量。 目的：用等速肌力测试膝骨性关节炎患者综合治疗前后膝关节周围肌肉的功能变化与膝关节功能的相关性,探讨膝骨性关节炎的病理机制,为临床康复及治疗提供依据。 方法：筛选Ⅱ期及Ⅲ期30例单侧膝骨性关节炎患者,用美国特种外科医院膝关节评分系统判定膝关节的功能情况,标准目测类比量表评分评定患者疼痛情况;测定治疗前膝骨性关节炎患者膝关节周围肌肉功能状况;对Ⅱ期及Ⅲ期膝骨性关节炎患者进行最少1个月的主动股四头肌等长性肌肉收缩运动及口服塞来昔布并关节腔内注射透明质酸钠的综合治疗,测定治疗后的膝关节肌肉功能状况,随访评价美国特种外科医院膝关节评分及标准目测类比量表评分。 结果与结论：与健侧相比,Ⅱ期及Ⅲ期膝骨关节炎患者屈伸肌峰力矩与作功量在60 (°)/s测试及180 (°)/s测试时,患侧肌力明显下降(P < 0.05)。经综合治疗后,膝骨性关节炎患者美国特种外科医院膝关节评分明显增加(P < 0.05),而标准目测类比量表疼痛评分明显下降(P < 0.05),患侧肌力明显增强(P < 0.05);且治疗后膝骨关节炎患者患侧肌力与健侧的差异无显著性意义(P > 0.05),但综合治疗前后膝骨性关节炎患者患侧膝腘绳肌股四头肌峰力矩比值在60 (°)/s测试中差异无显著性意义(P > 0.05),而在180 (°)/s测试测试中差异有显著性意义(P < 0.05)。提示膝骨性关节炎患者存在膝关节周围肌力下降,通过肌肉功能锻练配合有效的止痛、营养关节药物的综合治疗,可以明显缓解症状,提高肌肉力量,恢复患者膝关节功能。